一种智能药柱及其裂纹监测系统技术方案

本公开涉及一种智能药柱及其裂纹监测系统，涉及药柱裂纹监测技术领域，用于解决现有技术无法实时监测药柱裂纹产生情况的问题。通过在炸药和弹药壳体之间设置裂纹信号感知模块和波导模块，采集药柱产生裂纹时所产生的弹性应力波，并将弹性应力波调整成高频信号通过波导模块进行无线传输。通过在药柱之外设置信号接收模块、信号处理模块，可将裂纹信号感知模块发出的药柱裂纹信息进行接收并处理分析，获得裂纹是否出现以及裂纹大小情况等详细信息，从而解决药柱无法实时监测是否出现裂纹的问题。问题。问题。

【技术实现步骤摘要】
一种智能药柱及其裂纹监测系统


[0001]本公开涉及药柱裂纹监测
，特别涉及一种智能药柱及其裂纹监测系统。

技术介绍

[0002]固体火箭发动机药柱是火箭发动机的核心，需要极高的稳定性。药柱在浇注、脱模降温及装配等过程中，均可能引起不均匀、裂纹、气孔和夹杂等缺陷。或者当药柱受到外力作用后，可能会出现变形、扩展导致燃料泄漏。这些因素可能在点火时影响药柱正常燃烧造成串火等事故，严重时甚至会导致火箭发动机发生爆炸，造成发射失败。所以如何无损地及时发现泄漏点，实时监测药柱的性能情况是保障安全的重要课题。
[0003]通常，针对药柱的检测方法都是以各种非接触，无损伤的方法进行。主要包括：
[0004](1)超声无损检测方法：航天发动机推进剂是一种高分子复合材料，它对声波的衰减很强烈，随着超声频率的提高，衰减系数变大。当选择到合适的超声频率时，便可以在药柱中有良好的传播性能的同时检测到微小的裂纹。此方法优点是灵敏度高，并且能同时检测出包复层脱粘和药柱内部缺陷，易实现自动化的大规模检测。同时，超声无损检测方法因定位精准，制造维护成本低，无辐射，无污染的优点，得到了广发的使用。
[0005]但超声无损法，对于小裂纹灵敏度低，但存在一定的盲区，对表面和近表面以及与声束轴线不垂直的缺陷反射面检出能力差，且声程长，衰减大。同时难以做到实时监测。
[0006](2)激光全息检测方法：激光全息检测技术是基于光的干涉原理，利用激光全息干涉计量术中的二次曝光方法检测药柱包覆层形变。通过形变前后在全息图上出现的干涉特征条纹来确定药柱表面变形的位移场分布，从而确定缺陷的位置和大小。
[0007]但此方法操作麻烦，处理需花费时间，且不能做到实时监测。难以测得有外部涂层包裹住的药柱内部的裂纹。
[0008](3)X射线法：利用X射线穿透药柱，这期间X射线会产生能量的衰减。衰减的程度与X波的波长、被穿透物质的厚度、密度以及形状有关。当药柱有缺陷或者裂纹时，此处会有一定的厚度差，从而产生不同程度的衰减。将衰减的图像用胶片记录下来，处理之后便可以测出裂纹所在。
[0009]但是由于X射线强度不均匀还存在射线检测图像对比度不高、缺陷边缘模糊等特点。而且在复杂条件下，难以将缺陷信息从检测图像中正确的提取和分割出来。
[0010]现有技术在药柱裂纹监测方面已经做了很多研究，系统也趋于完善，但是这些无损地检测技术需要将药柱拆卸下来，在实验地环境下进行检测。无法做到实时地监测药柱的情况，无法在第一时间得知裂纹的产生。这在使用过程中存在一定的隐患。

技术实现思路

[0011]为了解决现有系统无法实时监测药柱裂纹产生情况，本专利技术提出一种智能药柱及其裂纹监测系统。通过在炸药和弹药壳体之间设置裂纹信号感知模块，采集药柱产生裂纹时所产生的弹性应力波，并将弹性应力波调整成高频信号进行无线传输并处理分析，从而
获得药柱裂纹信息。
[0012]为了解决上述技术问题，本专利技术的技术方案如下。
[0013]第一方面，一种智能药柱，所述药柱的炸药和弹药壳体之间有裂纹信号感知模块和波导模块，裂纹信号感知模块和波导模块相连；通过炸药加注过程中，药浆与弹药壳体产生的挤压作用使裂纹信号感知模块与弹药壳体粘结接触，使波导模块与弹药壳体连接；所述裂纹信号感知模块，被配置用于采集药柱产生裂纹时所产生的弹性应力波，并由波导模块通过无线射频方式将弹性应力波向外传输。
[0014]在上述技术方案中，通过在弹药和弹壳之间设置裂纹信号感知模块对药柱进行监测，无需将药柱拆卸下来，就可以实现实时监测药柱情况，以便在第一时间获知裂纹的产生，而通过波导模块使裂纹信号感知模块与弹药壳体一体化，保证所产生的弹性应力波对应的信号通过无线传输。
[0015]在一种实施方式中，所述裂纹信号感知模块由六层结构构成，在药柱和弹药壳体之间，依次为封装底面、底面电极层、柔性高分子压电薄膜层、表面电极层、封装表面、柔性电路板层；柔性高分子压电薄膜层的材料为P(VDF
‑
TrFE)；表面电极层和底面电极层通过喷镀印刷至柔性高分子压电薄膜层；封装底面、封装表面均为PE材料，与底面电极层、表面电极层及柔性高分子薄膜层通过塑封一体封装；表面电极层和底面电极层通过引出结构与柔性电路板层连接；柔性电路板层由调理电路、谐波发射天线构成；所述柔性压电传感器用于采集药柱产生裂纹时所产生的弹性应力波，并将弹性应力波转化成高频电压信号，经调理电路调整成高频信号，通过谐波发射天线经波导结构向外发射传输。
[0016]在这种实施方式中，裂纹信号感知模块与药柱柔性安装，封装底面面向药柱方向安装，柔性电路板层面向弹药壳体安装，与波导模块连接。柔性压电传感器采用新型柔性压电薄膜可以通过丝网印刷或真空溅射制备电极，封装底面、封装表面均为PE材料，谐波发射天线通过印刷在柔性电路板基材上面的柔性天线结构实现，从而使裂纹信号感知模块通过粘性介质附着在弹壳内部。随着弹药的不断添加，柔性压电传感器部分受挤压紧贴在药柱外表面，可用于实时监测弹药裂纹产生状态与程度。在一种实施方式中，谐波发射天线为蛇形结构。可以理解的是，谐波发射天线的参数与波导模块匹配，以便将高频射频信号通过波导模块向外传输。
[0017]作为上述技术方案的改进，在柔性电路板层设有无源标签，以便在无线发射受阻时，可以通过外置读卡器读取裂纹产生时的信号信息。
[0018]第二方面，本专利技术提出一种智能药柱裂纹监测系统，所述系统包括裂纹信号感知模块、波导模块、信号接收模块、信号处理模块；所述裂纹信号感知模块和波导模块相连，两者位于药柱的炸药和弹药壳体之间；通过炸药加注过程中，药浆与弹药壳体产生的挤压作用使裂纹信号感知模块与弹药壳体粘接接触，使波导模块与弹药壳体连接；所述裂纹信号感知模块，被配置用于采集药柱产生裂纹时所产生的弹性应力波，并由波导模块通过无线射频方式将弹性应力波对应的信号向外传输；所述信号接收模块，被配置用于通过谐波接收天线接收由经波导结构传递出的高频谐波信号，并通过解调电路，将接收到的高频谐波信号恢复为药柱裂纹产生的高频信号；所述信号处理模块，被配置用于将高频信号进行分析处理，以获取裂纹信息。
[0019]在上述技术方案中，当药柱产生裂纹时，所述系统利用裂纹信号感知模块采集所
产生的弹性应力波后进行无线传输，在药柱外面，通过对信号进行接收处理，实现对药柱裂纹产生与扩展状态、粗略的裂纹扩展大小信息等实时监控，解决当前药柱实时裂纹监测困难的问题。本专利技术可以应用于军工业、制造业等多个对压力容器有需求的行业，尤其是针对装有危险试剂的压力容器的实时药柱监测及裂纹状态评估，进行寿命预测，风险评估。应用前景广泛，具有很强的推广价值。
[0020]在一种实施方式中，所述裂纹信号感知模块由六层结构构成，在药柱和弹药壳体之间，依次为封装底面、底面电极层、柔性高分子压电薄膜层、表面电极层、封装表面、柔性电路板层；柔性高分子压电薄膜层的材料为P(VDF
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TrFE)本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种智能药柱，其特征在于：所述药柱的炸药和弹药壳体之间有裂纹信号感知模块和波导模块，裂纹信号感知模块和波导模块相连；通过炸药加注过程中，药浆与弹药壳体产生的挤压作用使裂纹信号感知模块与弹药壳体粘结接触，使波导模块与弹药壳体连接；所述裂纹信号感知模块，被配置用于采集药柱产生裂纹时所产生的弹性应力波，并由波导模块通过无线射频方式将弹性应力波向外传输。2.根据权利要求1所述的药柱，其特征在于：所述裂纹信号感知模块由六层结构构成，在药柱和弹药壳体之间，依次为封装底面、底面电极层、柔性高分子压电薄膜层、表面电极层、封装表面、柔性电路板层；柔性高分子压电薄膜层的材料为P(VDF
‑
TrFE)；表面电极层和底面电极层通过喷镀印刷至柔性高分子压电薄膜层；封装底面、封装表面均为PE材料，与底面电极层、表面电极层及柔性高分子薄膜层通过塑封一体封装；表面电极层和底面电极层通过引出结构与柔性电路板层连接；柔性电路板层由调理电路、谐波发射天线构成；所述柔性压电传感器用于采集药柱产生裂纹时所产生的弹性应力波，并将弹性应力波转化成高频电压信号，经调理电路调整成高频信号，由谐波发射天线通过波导结构发射。3.根据权利要求1所述的药柱，其特征在于：柔性电路板层上还有无源标签。4.一种基于无线柔性的药柱裂纹监测系统，其特征在于，所述系统包括裂纹信号感知模块、波导模块、信号接收模块、信号处理模块；所述裂纹信号感知模块和波导模块相连，两者位于药柱的炸药和弹药壳体之间；通过炸药加注过程中，药浆与弹药壳体产生的挤压作用使裂纹信号感知模块与弹药壳体粘接接触，使波导模块与弹药壳体连接；所述裂纹信号感知模块，被配置用于采集药柱产生裂纹时所产生的弹性应力波，并由波导模块通过无线射频方式将弹性应力波对应的信号向外传输；所述信号接收模块，被配置用于通过谐波接收天线接收由经波导结构传递出的高频谐波信号，并通过解调电路，将接收到的高频谐波信号恢复为药柱裂纹产生的高频信号；所...

【专利技术属性】
技术研发人员：马登龙，周宇翔，解云川，高建民，张林军，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：